超宽断面沉管隧道集中排烟模式下火灾烟气控制优化设计
发布时间：2021-07-17 18:59
和传统隧道相比,超宽断面（单孔四车道及以上）沉管隧道存在断面形式特殊,宽高比大等特点,火灾发生时,会产生与一般隧道不一样的火灾发生、发展过程,目前鲜有研究。随着我国地下空间工程的迅速发展,特殊截面形式的隧道在我国大量涌现,研究超宽断面隧道的火灾特征,找到适合超宽断面沉管隧道的防排烟技术,是我国当前社会发展的特定需求。为此,综合运用理论分析以及数值模拟的方法,对超宽断面沉管隧道的排烟技术展开优化研究。主要开展了以下几个方面的研究:（1）研究超宽断面沉管隧道顶部排烟模式下,排烟口参数（面积、间距、个数）对其排烟效果的影响。选20 MW大小的火源,通过对排烟口的参数进行FDS数值模拟研究,得到排烟口面积对其排烟效果没有较为明显的影响,适当的增大排烟口间距和个数有利于隧道排烟。（2）研究超宽断面沉管隧道横向布置一列、二列或者三列排烟口对其排烟效果的影响。选取20 MW大小的火源,通过对顶部布置不同列数排烟口进行FDS数值模拟研究,发现,在保证排烟量一定的情况下,在隧道横向上增加排烟口数量,可以有效的控制烟气的蔓延范围和隧道内的烟气层高度,同时也能提高系统的排烟效率。（3）研究常规水下隧道与超宽...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
交通隧道图
17散，烟气在与隧道内的冷空气混合后，在一定程度上会提高隧道的环境温度，但提升速度较慢，导致火势的发展较为缓慢。环境因素主要包括隧道内的温度和湿度以及隧道两端的纵向风速对火势发展的影响。其中隧道两端的纵向风度对火势的影响较大。往隧道内加入一定量的纵向风速，一方面会增加隧道内的氧含量，促进可燃物的燃烧，但同时也会降低隧道内的温度，抑制火势的发展。??2.4隧道火灾烟气流动过程当隧道中发生火灾时，着火点四周的可燃物质将迅速被卷入燃烧，释放大量热量，使得着火点附近的空气温度上升，空气的密度随之下降。由于受到浮力的影响，被加热的空气混杂着燃烧产物竖直向隧道上方运动并不断卷吸附近的环境空气，然后形成火羽流。火羽流竖直上升到一定高度后，将撞击隧道顶棚，并开始转换为向四周径向蔓延的射流，径向射流扩散到一定阶段后，隧道侧壁将阻碍射流的径向蔓延，最终转变为沿隧道纵向方向水平蔓延的烟气流。根据上述隧道火灾烟气流动和蔓延的物理过程，可以将其划分为五个阶段，物理过程，可以将其划分为五个阶段，如图2-2所示[5]。图2-2烟气蔓延物理过程示意图第一阶段：火羽流竖直上升阶段；第二阶段：火羽流撞击隧道顶棚阶段第三阶段：径向扩散阶段；第四阶段：径向扩散的热烟气受到隧道侧壁的阻碍后向隧道一维纵向运动的转换阶段；第五阶段：隧道热烟气一维纵向蔓延阶段。
182.5隧道内火灾烟气运动理论2.5.1火羽流模型烟羽流生成速率是计算排烟量理论值和为隧道排烟系统选择适当排烟风机的基矗火源的大孝平均火焰高度、建筑材料特性和建筑空间大小和结构特点等都会影响烟羽流生成速率。当火源规模大小和建筑物空间大小确定的情况下，烟气生成速率主要根据烟羽流的质量流量来决定。通常情况下，可以采用一定的羽流模型来计算火灾烟羽流生成速率，常用的羽流模型有以下两种：（1）理想羽流模型燃烧形成的火羽流十分复杂，为了能够通过理论知识分析火羽流的基本特征以及各参数之间的关系，将复杂的火羽流简化为理想羽流并建立羽流模型。理想羽流模型又被称为点源羽流模型[47]，如图2-3所示。图2-3理想羽流模型简化图理想羽流模型一般以假设为前提，主要的假设有：1）所有能量都由一个点源产生，且其一切能量都留存在火羽流中，不需要考虑其它辐射热损失。2）羽流体内部密度不会发生大的改变，一般不考虑密度变化；3）速度、温度、浮力有着类似的分布，三者和羽流高度没有任何关系，速度和温度在羽流横截面上呈现高帽状分布（TopHatProfile），因此，三者常被视为常量；4）羽流边缘空气水平卷吸速度与羽流中该位置处气体竖直速度成正比。
【参考文献】：
期刊论文
[1]隧道火灾排烟口位置对排烟效率的影响[J]. 林鹏,王国元,司有亮,王钟宽,吴凡雨,高东丽,梅秀娟. 西南交通大学学报. 2019(05)
[2]截至2017年底中国铁路隧道情况统计（英文）[J]. 隧道建设(中英文). 2018(03)
[3]截至2017年末中国大陆公路隧道数据[J]. 隧道建设(中英文). 2018(03)
[4]沉管隧道侧向集中排烟模式烟雾流动规律研究[J]. 曹更任,蒋树屏,周健,刘帅,陈建忠. 中国公路学报. 2018(01)
[5]集中排烟公路隧道临界排烟速率计算模型[J]. 姜学鹏,陈姝,郭昆. 中国安全科学学报. 2017(10)
[6]侧壁排烟模式下超宽断面沉管隧道火灾排烟效率研究[J]. 陈建忠,曹正卯,张琦. 地下空间与工程学报. 2017(S1)
[7]基于FDS的公路隧道火灾温度分布和烟气回流分析[J]. 王松,王子云,梁园,丁珮. 制冷与空调(四川). 2015(05)
[8]沉管隧道单组排烟口合理开启角度研究[J]. 田堃,陈大飞,蒋树屏,谢耀华. 公路交通技术. 2015(04)
[9]侧向排烟口对双层隧道机械排烟的影响[J]. 陈娟娟,方正,袁建平. 消防科学与技术. 2015(01)
[10]集中排烟模式下隧道火灾排热效率模型试验研究[J]. 伍灿,倪天晓,徐志胜,吴德兴,李伟平. 安全与环境学报. 2013(04)
博士论文
[1]纵向通风与顶棚集中排烟作用下隧道火灾顶棚射流行为特性研究[D]. 陈龙飞.中国科学技术大学 2016
[2]海底沉管隧道火灾烟气运动特性研究[D]. 徐湃.重庆交通大学 2014
[3]长隧道火灾湍流燃烧模拟及结构防火安全研究[D]. 吴珂.浙江大学 2008
[4]基于性能化的大尺度公共建筑防火策略研究[D]. 杜兰萍.天津大学 2007
硕士论文
[1]沉管隧道火灾集中排烟模式下烟流特性研究[D]. 王宇轩.长安大学 2017
[2]公路隧道侧向集中排烟系统排烟效果研究[D]. 袁园.重庆交通大学 2017
[3]离岸特长沉管隧道火灾排烟试验研究[D]. 田堃.重庆交通大学 2015
[4]隧道火灾侧向排烟控制效果及通风网络解算研究[D]. 王闪.中南大学 2013
[5]长大公路隧道火灾集中通风排烟方式系统研究[D]. 刘明.中南大学 2009
[6]不同壁面边界条件对隧道火灾模拟结果的影响[D]. 张会冰.西南交通大学 2007
[7]双洞长大公路隧道火灾事故通风数值模拟研究[D]. 张发勇.西南交通大学 2005
[8]二郎山半横向通风公路隧道的火灾控制研究[D]. 田沛哲.北京工业大学 2002
[9]室内火灾过程的计算机模拟[D]. 闫幼峰.西安建筑科技大学 2001
本文编号：3288747
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
交通隧道图
17散，烟气在与隧道内的冷空气混合后，在一定程度上会提高隧道的环境温度，但提升速度较慢，导致火势的发展较为缓慢。环境因素主要包括隧道内的温度和湿度以及隧道两端的纵向风速对火势发展的影响。其中隧道两端的纵向风度对火势的影响较大。往隧道内加入一定量的纵向风速，一方面会增加隧道内的氧含量，促进可燃物的燃烧，但同时也会降低隧道内的温度，抑制火势的发展。??2.4隧道火灾烟气流动过程当隧道中发生火灾时，着火点四周的可燃物质将迅速被卷入燃烧，释放大量热量，使得着火点附近的空气温度上升，空气的密度随之下降。由于受到浮力的影响，被加热的空气混杂着燃烧产物竖直向隧道上方运动并不断卷吸附近的环境空气，然后形成火羽流。火羽流竖直上升到一定高度后，将撞击隧道顶棚，并开始转换为向四周径向蔓延的射流，径向射流扩散到一定阶段后，隧道侧壁将阻碍射流的径向蔓延，最终转变为沿隧道纵向方向水平蔓延的烟气流。根据上述隧道火灾烟气流动和蔓延的物理过程，可以将其划分为五个阶段，物理过程，可以将其划分为五个阶段，如图2-2所示[5]。图2-2烟气蔓延物理过程示意图第一阶段：火羽流竖直上升阶段；第二阶段：火羽流撞击隧道顶棚阶段第三阶段：径向扩散阶段；第四阶段：径向扩散的热烟气受到隧道侧壁的阻碍后向隧道一维纵向运动的转换阶段；第五阶段：隧道热烟气一维纵向蔓延阶段。
182.5隧道内火灾烟气运动理论2.5.1火羽流模型烟羽流生成速率是计算排烟量理论值和为隧道排烟系统选择适当排烟风机的基矗火源的大孝平均火焰高度、建筑材料特性和建筑空间大小和结构特点等都会影响烟羽流生成速率。当火源规模大小和建筑物空间大小确定的情况下，烟气生成速率主要根据烟羽流的质量流量来决定。通常情况下，可以采用一定的羽流模型来计算火灾烟羽流生成速率，常用的羽流模型有以下两种：（1）理想羽流模型燃烧形成的火羽流十分复杂，为了能够通过理论知识分析火羽流的基本特征以及各参数之间的关系，将复杂的火羽流简化为理想羽流并建立羽流模型。理想羽流模型又被称为点源羽流模型[47]，如图2-3所示。图2-3理想羽流模型简化图理想羽流模型一般以假设为前提，主要的假设有：1）所有能量都由一个点源产生，且其一切能量都留存在火羽流中，不需要考虑其它辐射热损失。2）羽流体内部密度不会发生大的改变，一般不考虑密度变化；3）速度、温度、浮力有着类似的分布，三者和羽流高度没有任何关系，速度和温度在羽流横截面上呈现高帽状分布（TopHatProfile），因此，三者常被视为常量；4）羽流边缘空气水平卷吸速度与羽流中该位置处气体竖直速度成正比。
【参考文献】：
期刊论文
[1]隧道火灾排烟口位置对排烟效率的影响[J]. 林鹏,王国元,司有亮,王钟宽,吴凡雨,高东丽,梅秀娟. 西南交通大学学报. 2019(05)
[2]截至2017年底中国铁路隧道情况统计（英文）[J]. 隧道建设(中英文). 2018(03)
[3]截至2017年末中国大陆公路隧道数据[J]. 隧道建设(中英文). 2018(03)
[4]沉管隧道侧向集中排烟模式烟雾流动规律研究[J]. 曹更任,蒋树屏,周健,刘帅,陈建忠. 中国公路学报. 2018(01)
[5]集中排烟公路隧道临界排烟速率计算模型[J]. 姜学鹏,陈姝,郭昆. 中国安全科学学报. 2017(10)
[6]侧壁排烟模式下超宽断面沉管隧道火灾排烟效率研究[J]. 陈建忠,曹正卯,张琦. 地下空间与工程学报. 2017(S1)
[7]基于FDS的公路隧道火灾温度分布和烟气回流分析[J]. 王松,王子云,梁园,丁珮. 制冷与空调(四川). 2015(05)
[8]沉管隧道单组排烟口合理开启角度研究[J]. 田堃,陈大飞,蒋树屏,谢耀华. 公路交通技术. 2015(04)
[9]侧向排烟口对双层隧道机械排烟的影响[J]. 陈娟娟,方正,袁建平. 消防科学与技术. 2015(01)
[10]集中排烟模式下隧道火灾排热效率模型试验研究[J]. 伍灿,倪天晓,徐志胜,吴德兴,李伟平. 安全与环境学报. 2013(04)
博士论文
[1]纵向通风与顶棚集中排烟作用下隧道火灾顶棚射流行为特性研究[D]. 陈龙飞.中国科学技术大学 2016
[2]海底沉管隧道火灾烟气运动特性研究[D]. 徐湃.重庆交通大学 2014
[3]长隧道火灾湍流燃烧模拟及结构防火安全研究[D]. 吴珂.浙江大学 2008
[4]基于性能化的大尺度公共建筑防火策略研究[D]. 杜兰萍.天津大学 2007
硕士论文
[1]沉管隧道火灾集中排烟模式下烟流特性研究[D]. 王宇轩.长安大学 2017
[2]公路隧道侧向集中排烟系统排烟效果研究[D]. 袁园.重庆交通大学 2017
[3]离岸特长沉管隧道火灾排烟试验研究[D]. 田堃.重庆交通大学 2015
[4]隧道火灾侧向排烟控制效果及通风网络解算研究[D]. 王闪.中南大学 2013
[5]长大公路隧道火灾集中通风排烟方式系统研究[D]. 刘明.中南大学 2009
[6]不同壁面边界条件对隧道火灾模拟结果的影响[D]. 张会冰.西南交通大学 2007
[7]双洞长大公路隧道火灾事故通风数值模拟研究[D]. 张发勇.西南交通大学 2005
[8]二郎山半横向通风公路隧道的火灾控制研究[D]. 田沛哲.北京工业大学 2002
[9]室内火灾过程的计算机模拟[D]. 闫幼峰.西安建筑科技大学 2001
本文编号：3288747
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